BIM在建筑給排水設計中的應用

張曾強 中建安裝集團有限公司、石化工程公司常務副總經理，高級工程師

嚴文榮 中建安裝集團有限公司、石化工程公司總工，高級工程師

王 丹 中建安裝集團有限公司、石化工程公司設計與科技質量管理部部門經理，高級工程師

王世波 中建安裝集團有限公司、石化工程公司連云港事業部總經理，高級工程師

琚琳琳 中建安裝集團有限公司、石化工程公司設計與科技質量管理部業務經理，助理工程師

在現如今的社會中，BIM 技術相關方面的研究屬于一個創新領域，是指在建筑施工過程中集成工程項目中不同施工環節的數據信息，并以三維數字化技術作為支撐，構建基于整體層面的工程施工模型[1]。傳統的建筑設計平臺設計大多以CAD 技術為支撐，但此項技術在應用中更加傾向于將不同項目環節進行拆分。與CAD 技術不同的是，BIM 更加側重于將所有設計環節與施工行為集成在一起，并倡導從項目規劃到設計施工圖紙與節能布設的同步施工。從工程施工的“效益—時間”關系分析入手，早期的建筑設計“效益—時間”線型為直線，而現如今為拋物線，即隨著施工時間的增長，施工設計單位產出的成果將越來越多，工程為其帶來的收益也越來越高。

工程設計過程中，一旦其中一個環節出現交付行為或參數量的變更，便會導致工程出現資源浪費或設計圖紙大規模修改的問題，此種行為不僅會造成人力資源與物力資源的浪費，也會使工程施工的效率低下。為了更好地解決與此方面相關的問題，施工單位將BIM技術引進建筑設計過程，通過構建完整數據模型的方式，實現設計中不同環節數據的有效共享，以此種方式為建筑工程方帶來更高的收益。

1 BIM 在建筑給排水設計中的應用

1.1 基于BIM 的建筑給排水施工參數設計

為了滿足建筑給排水設計工程的全過程可視化，在本章的研究中引進BIM 技術設計與規劃給排水施工參數。在設計過程中，可使用構建信息模型的Revit 軟件導入工程實地勘察信息，導入信息包括建筑整體設計圖紙、建筑不同平面與剖面的二維視圖、擬建三維圖紙以及建筑施工用料與細部設計明細表等[2]。在完成建筑相關信息的導入后，使用計算設備構建給排水模型。為了確保創建的模型與工程實際施工具有較高的適配度，應在Revit 軟件中創設一個新的MEP 項目，使用鼠標點擊操作界面的協同功能鍵，將現有的信息與中心文件進行MEP 項目文件的對接，并讀取建筑中給排水設計標高、預設軸線以及給排水管線預埋墻體等信息，將獲取的信息作為參數設計的初始化點。在此基礎上，將BIM 中心模型文件與預設信息進行鏈接，可以在計算機上得到一個針對此建筑結構的三維可視化模型。

為了提供建筑給排水設計更加便利的條件，可在繪制給排水管道時采用分層設計法進行建筑不同層高的區分繪制[3]?？紤]到此時創建的給排水管線視圖存在隱藏信息，只能在前端顯示直接可見的部分，無法達到真正意義上的可視化。因此，在完成上述相關操作后，可將上文創建的MEP 項目文件以文本的方式進行整理，對其進行授權后，將文件信息部署在中心服務器上，通過此種方式，構建一個針對給排水設計的核心文件。在完成對文件的創建后，可將中心文件另存為本地文件，將所有的設計工作轉移到本地計算機上實施，此時計算機設備中對應的本地文件即為實時鏡像文件。當設計過程中本地文件存在給排水設計參數的修改時，可直接點擊操作界面的同步中心文件，即可實現對建筑給排水設計信息與三維可視化模型的更新。

在完成建筑給排水設計中基礎工作后，調用中心文件中的DWG 文件，進行建筑外部參數的鏈接，并將完成鏈接處理后的二維平面圖示直接顯示在MEP 項目文件中。此種方式可以在很大程度上解決基于CAD 操作軟件更新文件內容的不足[4]。在此基礎上，點擊操作界面的類型屬性對話框進行給排水管線參數的調整，調整的參數不僅包括給排水材料，也包括構件的幾何信息與屬性信息。將設定的相關參數信息導入計算機，完成對建筑給排水施工的設計，如表1 所示。

表1 建筑給排水設計

將設定的相關參數信息導入計算機，完成對建筑給排水施工參數的設計。

1.2 建筑給排水管線平衡優化

在完成上述相關設計工作后，可根據標準的建筑給排水管線布線原則，進行管線的平衡優化。在此過程中，暖通管線應當位于建筑整體的最上層，電氣橋架線路位于建筑的第二層，結合建筑層高，將給排水管線布設在建筑的最底層。遵循“大直徑管線優先”原則與“壓管避讓無壓管”原則，將分支管線進行布設[5]。當布設管線過程中出現橫欄與閥門交叉的問題時，可考慮在管線布設區域預留施工空間，綜合現有的施工經驗可知，每條過道應至少預留一個寬度為400.0 mm 的檢查通道。

在MEP 文件中進行給排水管線的細部設計時，應將設計過程中的所有模型與三維可視化信息置于一個相對協同的設計環境內，當完成電氣設備與暖通設備的建模與管線布設后，需要在操作界面創建一個碰撞點，并在可視化界面進行管線明顯碰撞的檢查，根據檢查結果進行管線位置調整。另外在完成碰撞測試后生成一個碰撞檢測報告，以此為依據進行不同層數與不同位置管線的重新布設，完成一次調整后需要再次進行管線的碰撞測試，直到所有布設的管線均可通過碰撞測試。通過此種方式提高管線布設的合理性，完成基于信息模型的給排水管線布設與規劃，為建筑給排水施工提供決策依據與針對性指導。

2 實驗分析

通過本文上述論述，在現有建筑給排水施工基礎上引入BIM 技術，為進一步驗證上述理論分析結果，將BIM 應用到真實的建筑項目當中，并完成給排水施工工作。選擇將某地區高層建筑作為實驗依托，已知該建筑為該城市標志性建筑，其主體部分結構分為地上三層和地下兩層，總高度約為25.0 m。在對主體建筑的進一步研究中發現，其中主體區域的占地總面積為3.1×104 m2，主體建筑的地下結構占地面積為35 200 m2。該項目在進行給排水施工時存在的難點包括建筑內清水混凝土以及墻體結構上的預留孔洞、預埋件等均需要提前考慮，采用后期開鑿和打孔施工會對建筑整體效果造成影響。此外，建筑結構中線路復雜，其線路類型包括各類交通工程運輸管線、電纜結構以及生活污水排放傳輸管線等。采用傳統建筑給排水設計無法滿足該工程項目的基本需要，因此針對該工程項目引入BIM 技術進行給排水設計。

通過應用BIM 技術，該建筑工程項目功能布局得到持續性的優化。給排水管線施工圖設計周期為3 天，在施工圖設計中期增加了BIM 技術，后期利用BIM 技術實現對施工圖紙的可視化展現。在給排水設計方案展示環節，針對建筑中各個給排水管線進行了防碰撞測試，并調整了出現碰撞問題的管線。利用BIM 技術生成的給排水管線設計方案如圖1所示。

在圖1設計方案的基礎上開展工程施工，并記錄施工過程中各個給排水管線的長度精度和碰撞點個數。長度精度通過長度誤差表示，利用精度為0.01 mm 的管線長度測量儀測量實際施工中各個區域排水管線的長度，并將測量結果與BIM 生成的設計施工圖紙中相應結構位置上的長度進行對比，其差值即為長度誤差。在5 個不同區域內，建筑給排水管線的長度誤差均在0.50 mm 的范圍內，并且在前4個區域內均沒有出現碰撞點，而最后一個區域出現的碰撞點通過調查發現是施工過程中出現操作失誤導致的。因此，通過實際應用進一步證明BIM 技術的應用優勢，將其應用到真實的建筑給排水施工中能夠提高給排水管道的施工質量，并且提高設計方案的制定效率。

圖1 基于BIM 技術給排水管線設計方案生成圖

3 結語

本文通過設計給排水參數與管線平衡優化兩個方面，進一步開展對給排水設計的研究。在完成此次研究后，為進一步驗證本文的理論分析結果，將BIM 應用到真實的建筑項目中，以此種方式證明BIM 技術的應用優勢。因為將其應用到真實的建筑給排水施工中能夠提高給排水管道的施工質量，并且提高給排水設計方案的制定效率，所以有理由認為本文基于BIM 理論下展開的設計在實際應用中具有真實應用效果，不僅可以提高建筑給排水管線的科學性，也可以在一定程度上為建筑工程的合理化施工提供技術層面指導。